분무 건조 기술 및 영향 요인

분무 건조: 일상용품에 사용되는 분말화 기술

우리가 일상생활에서 사용하는 많은 물품들은 먼지가 없는 파우더 형태로 제공됩니다. 분유부터 특정 약물에 이르기까지 많은 제품은 표준 탈수 과정을 견딜 수 없으며 분말 형태로 전환하려면 특별한 절차가 필요합니다. 이 특별한 절차를 분무 건조.

이 공정에는 액체나 슬러리를 뜨겁고 건조한 가스에 분산시켜 입자 크기 분포가 일정한 분말을 얻는 과정이 포함됩니다. 이 공정에서는 일반 공기나 불활성 가스를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 산소와 반응하는 에탄올 및 기타 제품은 공기 대신 뜨거운 질소를 사용하여 처리할 수 있습니다.

분무 건조 장비에서는 다양한 분무기 또는 노즐을 사용하여 액체 또는 슬러리를 입자 크기가 매우 작은 원자화된 물방울로 분해합니다.

단일 유체 고압 스월 노즐과 회전 디스크 노즐이 가장 일반적으로 사용되는 노즐 유형입니다. 분무기 휠을 사용하면 더 넓은 입자 크기 분포를 얻을 수 있지만 두 방법 모두에서 일관된 입자 크기를 얻을 수 있습니다.

특정 공정에서 특정 노즐을 사용하면 10~500μm 사이의 액적 크기를 얻을 수 있습니다. 100~200μm의 직경 범위가 가장 일반적으로 사용되는 입자 크기입니다.

분무건조에 영향을 미치는 주요 요인

입구 및 출구 온도

분무 건조실의 온도는 일반적으로 타워로 유입되는 뜨거운 공기의 온도를 나타냅니다. 건조온도는 분무건조분말의 물리화학적 특성에 영향을 미치는 가장 중요한 요소이다.

분무 건조 온도는 성형 분말의 수분 함량을 결정합니다. 분무 건조 온도를 120°C에서 200°C로 높이면 건조된 분말의 수분을 5.29%에서 3.88%로 줄일 수 있습니다.

분무 건조 제품의 입자 크기는 뜨거운 공기 유입 온도에 따라 달라집니다. 건조 온도가 증가하면 수분 증발 속도가 빨라지고, 수축할 충분한 시간 없이 미소구체가 더 빠르게 형성되어 입자 크기가 더 커집니다.

입구 건조 온도가 138°C에서 202°C로 증가함에 따라 아사이베리 분말의 입자 크기는 13.38μm에서 20.11μm로 증가했습니다. 마찬가지로, 구아바 주스 분말의 입자 크기는 입구 온도가 증가함에 따라 크게 증가했습니다.

분무 건조 분말의 부피 밀도는 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 더 큰 입자는 내부가 비어 있거나 물 증발 속도가 높기 때문에 다공성 또는 부서진 구조를 가질 수 있습니다. 일반적으로 다공성 또는 단편화된 입자는 더 낮은 충전 밀도를 나타냅니다.

또한 입자 수분은 건조 온도와 반비례하고 물은 대부분의 건조 식품 고형분보다 밀도가 높기 때문에 더 높은 온도에서 생산된 분말은 낮은 온도에서 생산된 분말보다 부피 밀도가 더 낮습니다.

분무 건조 분말의 유동성도 건조 온도에 따라 어느 정도 영향을 받습니다. 온도가 증가하면 유동성이 감소합니다.

이는 수분 증발률이 높을수록 입자 형태의 변화가 커지고 다공성 또는 부서진 구조로 인해 표면 접촉각이 작아져 분말과 표면 사이의 마찰과 입자 사이의 내부 저항이 증가하기 때문일 수 있습니다. 규모가 커지면서 유동성이 감소하게 됩니다.

용해도는 분말 제품의 중요한 품질 특성이기도 하며 분무 건조 식품의 재구성 거동에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 분무 건조 온도가 120°C에서 160°C로 증가함에 따라 분말의 용해도가 증가합니다.

벽 재료

주스, 야채 주스와 같이 설탕이 풍부한 물질은 포매제 없이 직접 분무 건조하기가 어렵습니다. 벽 재료는 분무 건조 과정에서 활성 성분을 내장하는 폴리머이며 분무 건조에서 가장 중요합니다. 요인 중 하나입니다.

벽 재료는 분무 건조 중에 유리 전이 온도와 수율을 높이고 분말 제품의 점도와 흡습성을 줄일 수 있습니다. 일반적인 벽 재료에는 아라비아 고무, 말토덱스트린, 젤라틴, 전분, 펙틴, 메틸셀룰로오스, 알기네이트, 인산삼칼슘 및 이들의 조합이 포함됩니다.

벽 재료의 선택은 주로 분무 건조의 목적과 처리된 재료의 물리적, 화학적 특성에 따라 달라집니다. 벽 재료는 공정 용매에 잘 용해되어야 하며 고농도에서도 저점도 용액을 생성할 수 있는 충분한 성막 능력을 가져야 합니다.

분무 건조의 경우 최종 제품의 접착 방지 특성을 향상시키기 위해 고분자량과 높은 유리 전이 온도를 가져야 합니다. 열, 산소, 빛 등의 영향으로부터 민감한 화합물을 보호할 수 있어야 합니다.

분무 건조에 일반적으로 사용되는 벽 재료는 탄수화물입니다.

• 전분 및 그 파생물(전분, 말토덱스트린, 덱스트린 및 사이클로덱스트린)

전분 및 그 유도체는 고분자량 및 높은 유리 전이 온도, 낮은 점도의 냉수에 대한 높은 용해도, 접착 방지 특성 및 상대적으로 조밀한 분말을 생성하는 능력과 같은 우수한 분무 건조 특성을 가지고 있습니다.

그러나 전분에는 필름 형성 능력이 부족하여 건조 효율, 특히 민감한 화합물의 보존에 매우 해롭습니다.

• 검(아라비아 검 또는 아카시아와 카라야의 혼합물)

잇몸. 고무는 전분에 비해 필름 형성 능력이 우수하지만 유리 전이 온도가 상대적으로 낮습니다.

•셀룰로오스 및 그 유도체(셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스 등)

셀룰로오스 및 그 유도체는 필름 형성 특성과 표면 활성이 우수하지만 쉽게 소화되지 않습니다.

전분 또는 전분유도체와 검의 조합은 분무건조 성능을 향상시킬 수 있으나, 검의 함량은 전분 또는 전분유도체보다 낮아야 한다.

단백질, 특히 유청단백질은 필름형성능력과 영양보유능력이 뛰어나 전분이나 전분유도체와 함께 사용되는 경우가 많다고 보고되어 있다.

이송 속도

분무 건조 공정에서 공급 속도는 중요한 요소 중 하나입니다. 공급 속도는 건조 챔버, 분리기 및 컨베이어에서 재료의 체류 시간을 결정하고 재료의 원자화 및 액적 크기에도 영향을 미칩니다.

공급 속도는 기본적으로 분무기의 속도에 따라 달라지며, 펌프 속도가 높을수록 공급 속도가 빨라집니다. 그러나 공급 속도가 높을수록 열 전달 속도가 느려져 물방울이 완전히 건조되기 어렵고 쉽게 벽에 달라붙게 됩니다.

또한 공급 속도가 너무 높으면 물방울이 건조실로 직접 떨어지게 됩니다. 이는 뜨거운 공기가 포화되어 고속 액적을 완전히 원자화할 수 없어 궁극적으로 분말 수율이 감소하기 때문입니다.

공급 속도가 높을수록 액적과 뜨거운 공기 사이의 상호 작용 시간이 충분하지 않아 분무 건조된 분말의 수분 함량이 증가합니다.

지나치게 높은 공급 속도는 분무 건조 과정에서 피해야 하는 부적절한 작업입니다. 공급 속도가 너무 높으면 분말이 벽에 달라붙고, 수분을 흡수하고, 파이프가 막히는 중요한 요인이 되는 경우가 많습니다. 분말 수율을 줄이는 것 외에도 현장 청소에 추가적인 문제를 야기합니다.